《食品科学》：常熟理工学院王立梅教授等：山核桃分离蛋白为壁材的山核桃油微胶囊制备及其性能分析

1 不同壁材制备山核桃油微胶囊的包埋性能分析

包埋率的计算公式可知，在总油含量一定的情况下，表面含油率高的样品，包埋率最低。由图1可知，各组别样品包埋率差异显著（P＜0.01），蛋黄粉与MD（组别1）复合壁材包埋率最低，为（51.88±1.30）%，这可能是由于MD的成膜性和乳化性较差，而蛋黄粉因含有的脂蛋白和卵磷脂乳化能力较好，但是达到蛋黄粉最好的乳化效果需要油的含量很高，因此单一的蛋黄粉与MD复合作为壁材并未表现出很好的包埋效果。配方中的黄原胶起到了增稠效果，并且多糖类壁材能够增加微胶囊的坚固性。组别2的包埋率为（73.68±0.65）%，优于组别1，区别为降低了蛋黄粉的比例，并且加入了山核桃分离蛋白。结果表明山核桃分离蛋白能提高微胶囊的包埋特性，可能是由于其具有蛋白类壁材的一般特性，如吸油性和良好的干燥特性，能够稳定地吸附芯材，喷雾干燥条件下微胶囊颗粒表面能迅速形成致密的保护膜。组别4的包埋率为（80.20±1.89）%，优于组别2，表明同样比例条件下，SPI作为壁材性能更好。这是由于实验所用的市售SPI经过改性酶改性处理，优化了蛋白的功能特性。而山核桃分离蛋白仅经简单的提取，在应用中仍存在一些缺陷，如溶解性差、乳化性不佳。但是，实验结果也表明山核桃分离蛋白在经过后续一系列改性研究后，能得到比SPI更好的包埋性能。组别3为上述3 种壁材的复配，包埋率为（62.56±1.12）%。结果表明，同时减少这两种分离蛋白会影响壁材的包埋效果，这可能是因为其在乳化液中的浓度太低；3 种壁材的复配性能优于单一的蛋黄粉，也证明了两种植物蛋白的功能特性，蛋白质组分是影响微胶囊性能的关键因素。

2 不同壁材制得的微胶囊理化指标结果分析

以表1中4 种配方制得的微胶囊产品的理化指标结果见表2。微胶囊的水分含量、堆积密度和休止角会影响微胶囊产品的最终质量及其在存储过程中的特性。对微胶囊产品的水分含量进行分析，通常情况下喷雾干燥的产品水分质量分数不高于5%，4 种微胶囊产品的水分质量分数均低于5%，说明本实验的制备工艺和配方符合要求。产品在喷雾干燥过程中水分充分蒸发，达到了所需的干燥状态，同时环境中的不良微生物活动受到抑制，有利于提高产品的贮藏稳定性。堆积密度越大的产品，意味着可以在较小的空间内产品存放得越多，产品颗粒间隙中的含氧量越低，进而能够减缓产品的氧化过程。4 种壁材的微胶囊粉末堆积密度范围在0.31～0.47 g/cm3之间，朱建宇等制备的大豆脂质体微胶囊的堆积密度分别为0.31 g/cm3和0.45 g/cm3，与本实验相近。休止角是衡量粉末产品流动性的重要指标，当休止角≤30°时说明粉末的流动性很好，休止角为30°～45°时产品流动性良好，休止角为45°～60°时产品流动性一般。对本实验所制得的山核桃油微胶囊的休止角进行分析，发现同样制备工艺条件下壁材1组分微胶囊的休止角为（48.59±2.92）°，流动性一般。另外3 种壁材流动性良好，说明产品的黏度较小。微胶囊的溶解性与粒度、分散性和流动性都具有相关性。壁材1制备的微胶囊溶解性相对较差，可能是由于微胶囊表面油脂的含量较高，造成微胶囊粉末黏连结团，进而导致与其他组分壁材相同制备工艺下的产品溶解度的差异。通过测得的理化指标数据可知，不同壁材制得的微胶囊存在差异，以山核桃分离蛋白为壁材制得的山核桃油微胶囊粉干燥具备一定的流动性且溶解性好。

3 微胶囊的表面形态分析

通过SEM可以更加直观地了解不同壁材制备的微胶囊的表面结构。由图2a可以看出，在未添加分离蛋白时制得的微胶囊产品形状不规则，有极少数的微胶囊颗粒出现破裂孔洞，这可能是由于个别微胶囊的壁厚不均匀，容易在干燥过程中破裂，这也影响了产品包埋率和油脂的稳定性。从图2b可以看出，添加两种分离蛋白的微胶囊表面结构与图2a类似，呈不规则球形，容易破裂。由图2c、e可以看到，添加SPI的微胶囊呈较规则球形，表面致密光滑，能够对内部芯材起到一定的包埋效果，但微胶囊的粒径不均匀，可能是山核桃油微胶囊乳液并未充分乳化导致的。由图2f可以看出，添加山核桃分离蛋白的山核桃油微胶囊具有喷雾干燥粉末的特征形态，即表面存在不规则褶皱，这是由于在干燥过程中，壁材水分快速蒸发固化，微胶囊表面收缩不均匀，这也在一定程度上影响了产品的流动性。由图2d可以看出，添加山核桃分离蛋白的微胶囊颗粒表面完整、无孔洞和裂纹，这表明所制得的山核桃油微胶囊产品有较好的完整性和致密性，能够较好地包埋山核桃油，避免与氧气的接触，从而减少山核桃油的氧化。但与SPI不同的是，所应用的山核桃分类蛋白并未进行改性处理，SPI经改性后具有极好的功能特性，这也可能是颗粒表面并不如图2c光滑的原因。但是，图2e、f也证明了添加SPI山核桃油微胶囊颗粒大小更为均匀。总之，两组添加分离蛋白的微胶囊颗粒包埋效果均优于蛋黄粉组分，不同配方制备的山核桃油微胶囊的表观形态与其表面油含量和包埋率的测定结果一致，蛋黄粉+SPI组分的微胶囊颗粒表面最光滑完整，其表面油含量最低，包埋率最高。

4 FTIR结果分析

由图3可以看出，山核桃油中含有大量长链不饱和脂肪酸亚麻酸和亚油酸，这两种分子中含有大量不饱和双键，山核桃油在波数3 009 cm-1处有吸收，这是由于＝C—H伸缩振动形成的。在波数1 746 cm-1处的吸收来源于亚油酸的羰基。同时，山核桃油在波数为720 cm-1处有吸收，这是4 个以上的—CH2—变形振动峰，也就是油脂的碳链骨架振动峰。但是，在山核桃分离蛋白制备的山核桃油微胶囊的FTIR图中，上述3 种振动吸收明显减弱，这也说明了山核桃油被包埋在壁材内部，使得这两处的伸缩振动变得不明显。从组别2壁材混合物的FTIR图中可以看出，波数3 000～3 600 cm-1处出现了较为强烈的吸收峰，这是主要是由壁材MD与山核桃分离蛋白中的—OH伸缩振动所产生的。山核桃油微胶囊样品的FTIR图中也出现这一特征吸收峰，这也说明了制得的微胶囊样品中壁材的存在。

5 热重分析

通过热重分析可以了解样品的耐热性。山核桃油的具有一般油脂的特性，到达沸点温度后产生大量质量损失，未被包埋的山核桃油会在200 ℃内质量迅速降低。如图4所示，组别2壁材混合物第一个阶段在150 ℃内，为水分的蒸发和挥发性物质的损失，损失率为0.43%；第二阶段混合物在270.1 ℃时开始分解，最大分解温度340.2 ℃，损失率为54.92%，源自S—S、O—N、O—O键及氨基酸残基中共价肽键的断裂，以及碳水化合物MD的脱水、分解和解聚。第三阶段直到600 ℃间的质量损失主要为壁材剩余物质的热降解。两种微胶囊样品在150 ℃内的质量损失源于水分的蒸发以及山核桃油的挥发，这一阶段蛋黄粉+SPI组分微胶囊质量损失率（11.21%）明显高于蛋黄粉+山核桃分离蛋白组分的质量损失率（6.44%），这可能是由于蛋黄粉+SPI组分微胶囊颗粒大小不均匀，部分较小颗粒壁材对芯材的保护作用弱于山核桃分离蛋白组分。蛋黄粉+山核桃分离蛋白组分微胶囊在259.4～298.1 ℃之间发生质量损失，质量损失率为21.72%，这一阶段主要是由于壁材的结构遭到热破坏，使微胶囊内部山核桃油的不断释放。同样在这一温度范围内，蛋黄粉+SPI组分微胶囊质量损失率为23.37%。最大降解速率对应的降解温度即最大分解温度可以表征样品的热稳定性，观察到壁材混合物的最大分解温度为305.40 ℃。而蛋黄粉+山核桃分离蛋白、蛋黄粉+SPI组分微胶囊最大分解温度分别为286.88 ℃与296.33 ℃，表明微胶囊结构的形成也影响了壁材的热稳定性。山核桃分离蛋白微胶囊能在低于150 ℃条件下仅损失5.48%的质量，远低于SPI组分的10.3%，因此更能够满足大多数食品的热加工需要，进一步拓宽山核桃油在食品中的使用范围。

6 微胶囊产品的贮藏稳定性分析

由图5可知，山核桃油过氧化值在微胶囊化后略有升高，由2.18 mmol/kg升高到3.37 mmol/kg，但微胶囊化后的山核桃油过氧化值仍低于国家规定的核桃油过氧化值限值（6.0 mmol/kg）。这表明山核桃油微胶囊制备过程中喷雾干燥的高温会导致山核桃油发生一定程度的氧化变质，但不影响其食用性。随着贮藏时间的延长，山核桃油和其微胶囊的过氧化值差异显著，山核桃油的过氧化值增加速率明显高于其微胶囊。贮藏过程中山核桃油与氧气充分接触，过氧化值显著升高，在60 ℃条件下贮藏12 h时过氧化值（9.31 mmol/kg）远超国家标准的限值；而微胶囊化的山核桃油在壁材保护下，减少了与氧气的接触，氧化速率缓慢，山核桃有微胶囊在60 ℃贮藏30 h后过氧化值为9.89 mmol/kg，此时的氧化程度达到山核桃油贮藏12 h时的水平。在60 ℃贮藏42 h后，山核桃油和其微胶囊过氧化值分别为24.3 mmol/kg和11.26 mmol/kg，与氧化开始时的过氧化值相比，分别增加了10.10 倍和2.35 倍。这表明微胶囊化可以很好地保护山核桃油，明显减缓山核桃油氧化速度，微胶囊化后的山核桃油氧化稳定性显著增强。

7 微胶囊抗氧化稳定性分析

结论

《食品科学》：江南大学翟齐啸教授等：肠道菌群研究模型和组学技术在食品化学危害物风险评估中的应用